Guia definitivo: Válvula de gaveta actuada para automação industrial

A principal força por detrás do progresso da indústria moderna é a combinação de precisão e eficiência. Gerir a quantidade e a velocidade de cada líquido e gás é muito importante, tal como um maestro conduz uma orquestra. A válvula de gaveta actuada é uma parte fundamental do complexo processo industrial. É um componente principal na automação, ajudando a manter uma produção suave e a utilizar menos energia.

O que é uma válvula de gaveta actuada?

Pense num rio que se move rapidamente e por vezes pára e precisa de uma direção cuidadosa. A função "ligar/desligar" em condutas industriais é tratada pela válvula de gaveta actuada. Não é apenas uma válvula; reúne uma válvula de gaveta e um atuador de automação.

Uma válvula de gaveta manual é aberta ou fechada levantando ou baixando uma gaveta no interior da válvula com esforço humano. Uma válvula de porta actuada é controlada por motores eléctricos, cilindros pneumáticos ou cilindros hidráulicos. Recebem os sinais eléctricos, pneumáticos ou hidráulicos e transformam-nos em movimento que move automaticamente o portão. Torna as operações mais eficientes, precisas e seguras. É importante como um farol, ajudando a garantir uma produção segura em situações com temperaturas elevadas, alta pressão, materiais tóxicos ou perigos.

As válvulas de comporta acionadas são preferíveis às válvulas manuais, uma vez que podem ser geridas remotamente, configuradas antecipadamente e necessitam de menos esforço humano, o que permite poupar dinheiro e reduzir os riscos. Além disso, quando a válvula de gaveta está totalmente aberta, o design garante que o fluxo de fluido não é significativamente afetado. Também é utilizada na indústria para isolar ou cortar fluidos devido à sua forte capacidade de fluir em ambas as direcções e ao seu elevado desempenho de vedação. Devido ao facto de a porta ser muito afiada, a válvula de guilhotina é frequentemente utilizada para lamas e meios fibrosos.

Como funciona uma válvula de gaveta acionada?

O controlo automático é possível para válvulas de gaveta acionadas. O mecanismo de funcionamento permite que o atuador e a porta interna da válvula se movam em conjunto numa linha reta.

Em primeiro lugar, devemos saber como funciona: uma comporta em forma de cunha ou paralela no interior da válvula de comporta sobe e desce para bloquear o líquido. Assim que a comporta estiver totalmente aberta, o canal fica completamente acessível. Quando a comporta é baixada e entra em contacto com a sede da válvula, o canal é fechado.

Quando a válvula é automatizada, o atuador assume o papel do cérebro e do músculo para a controlar. O atuador é alimentado por instruções do sistema de controlo elétrico.

• Actuadores pneumáticos: São acionados por ar comprimido. O ar comprimido na câmara do pistão ou da membrana do atuador aumenta a pressão que move o pistão ou a membrana. Um mecanismo de ligação transforma o movimento linear em força que move a haste da válvula (ligada à porta) para cima e para baixo. A maioria dos actuadores pneumáticos são de ação simples, regressando a uma posição segura quando o fornecimento de ar é cortado, ou de ação dupla, o que significa que se movem em ambas as direcções com o ar.
• Actuadores eléctricos: Os actuadores eléctricos são acionados por eletricidade. Um motor no interior da bomba, assistido por uma caixa de velocidades, acciona um parafuso ou uma engrenagem sem-fim que transforma a rotação do motor num movimento retilíneo para a haste da válvula. Em alguns casos, é utilizado um sistema de engrenagens cónicas para mover o movimento suavemente dentro da caixa de velocidades do atuador. A maioria dos actuadores eléctricos utiliza interruptores de limite e proteção de binário para evitar que ultrapassem a posição aberta ou fechada e que sejam sobrecarregados.
• Actuadores hidráulicos: Enquanto os actuadores pneumáticos e eléctricos são mais populares para as válvulas de gaveta, os actuadores hidráulicos são preferidos quando é necessário um grande impulso ou binário para válvulas grandes e de alta pressão. O pistão no cilindro é acionado pela pressão do óleo hidráulico, o que dá ao motor um impulso forte e constante.

Independentemente do tipo de atuador, o objetivo final é assegurar um movimento preciso e fiável da porta, conseguindo um controlo eficaz do fluido.

Válvula de gaveta eléctrica vs. pneumática vs. hidráulica

Tal como escolheria os melhores pneus para um carro de corrida, deve escolher um atuador que ofereça o equilíbrio certo entre desempenho e custo. Cada atuador tem o seu próprio conjunto de prós, contras e melhores utilizações.

Válvula de gaveta de atuação pneumática

Princípio de funcionamento e caraterísticas:

Um atuador pneumático utiliza ar comprimido para mover um pistão ou diafragma no interior, que depois move a haste da válvula através de uma ligação. O tempo de reação rápido é a principal razão pela qual muitos sistemas de paragem de emergência (ESD) o escolhem, uma vez que pode abrir ou fechar em apenas alguns segundos. Como funciona com ar comprimido e não com eletricidade, é seguro utilizá-la em indústrias inflamáveis e explosivas, pelo que não são necessários sistemas eléctricos complicados à prova de explosão. A conceção é simples, a taxa de falhas é baixa e é fácil manter o sistema atualizado.

Vantagens pormenorizadas:

• Resposta rápida: Adequado para operações de fecho de emergência ou de alta frequência que exijam uma abertura/fecho rápido.
• Segurança elevada: Uma escolha ideal para áreas perigosas com requisitos rigorosos à prova de explosão, cumprindo normas como a ATEX.
• Rentável: O preço inicial dos actuadores pneumáticos é normalmente inferior ao dos actuadores eléctricos do mesmo tipo.
• Modo de falha simples: Quando se perde a alimentação de ar, muitos actuadores pneumáticos regressam automaticamente a uma posição segura (por exemplo, fechada ou aberta) utilizando uma mola.

Limitações:

• Dependência da fonte de ar: É necessário um sistema fiável de fornecimento de ar comprimido com compressores, tanques de armazenamento, filtros e secadores, o que aumenta o custo e o consumo de energia do sistema.
• Precisão de controlo: Os dispositivos pneumáticos funcionam com menor precisão do que os actuadores eléctricos. Os actuadores eléctricos trazem consigo uma melhor precisão para os sistemas de rotação gradual.
• Eficiência energética: Um sistema que envolva a produção, a transmissão ou o tratamento de ar pode revelar-se mais fraco do que a eficiência energética global de assistência proporcionada pela utilização de actuadores eléctricos.
• Impacto ambiental: O ar expelido pode conter pequenas quantidades de lubrificante ou humidade, causando um impacto ambiental menor.

Aplicações típicas: Válvulas de fecho de emergência em oleodutos e gasodutos, válvulas de isolamento rápido em processos químicos, controlo de lamas em estações de tratamento de águas residuais.

Válvula de gaveta com acionamento elétrico

Princípio de funcionamento e caraterísticas:

Um atuador elétrico utiliza um motor no interior para acionar uma caixa de velocidades que reduz a velocidade e aumenta o binário, permitindo que a rotação do motor mova linearmente a haste da válvula. A maioria tem interruptores de limite para garantir que a porta abre com precisão e dispositivos de proteção do binário para evitar a sobrecarga do motor. Os actuadores eléctricos podem ser controlados com elevada precisão e suportam diferentes sinais de controlo, tais como sinais analógicos de 4-20 mA, para uma regulação precisa do caudal ou da pressão. São especialmente bons no controlo e programação remotos e podem ser facilmente utilizados com sistemas PLC, DCS e SCADA para automação avançada.

Vantagens pormenorizadas:

• Controlo de alta precisão: Permite que a válvula abra na perfeição, ajudando a controlar o caudal ou a pressão, tal como um pintor habilidoso controla as cores.
• Controlo remoto e inteligência: Podem ser equipados com automação avançada e recolha de dados. Estes dispositivos são facilmente integrados no sistema de controlo central para monitorização, diagnóstico e operação remotos.
• Eficiência energética: Consome menos eletricidade quando não está em funcionamento. Menos ineficiente em comparação com os actuadores pneumáticos na transmissão de potência.
• Não Dependência da fonte de ar: Uma vez que não é necessário equipamento de fonte de ar adicional, a instalação é simples e requer menos infra-estruturas.
• Diagnóstico de avarias: Os modelos mais recentes de actuadores eléctricos têm normalmente caraterísticas como o autodiagnóstico, que fornece informações detalhadas sobre o seu funcionamento e também sobre o estado dos erros.

Limitações:

• Velocidade de resposta: Os actuadores eléctricos têm normalmente tempos de resposta mais lentos do que os actuadores pneumáticos, não sendo adequados para situações de emergência que exijam respostas em milissegundos.
• Requisitos de proteção contra explosões: Em ambientes inflamáveis e explosivos, são necessários actuadores eléctricos dispendiosos à prova de explosão para cumprir as normas de segurança.
• Custo: Os custos iniciais de aquisição são normalmente mais elevados do que os dos actuadores pneumáticos, especialmente quando é necessária uma elevada precisão ou classificações à prova de explosão.
• Gestão térmica: O funcionamento frequente pode provocar o aquecimento do motor, sendo necessário considerar a dissipação de calor.

Aplicações típicas:Nas estações de tratamento de água, o fluxo de água é gerido, as centrais eléctricas controlam os percursos da água, o processamento de alimentos e bebidas adiciona ingredientes com precisão e as linhas de produção automatizadas utilizam válvulas de isolamento remotas.

Válvula de gaveta com acionamento hidráulico

Princípio de funcionamento e caraterísticas:

Os actuadores hidráulicos baseiam-se em óleo hidráulico de alta pressão para produzir um grande impulso ou binário através do movimento de pistões no interior de cilindros. São os mais adequados para aplicações que requerem muito impulso e elevada estabilidade, principalmente para acionar válvulas de grandes dimensões, de alta pressão ou de serviço pesado. Como os sistemas hidráulicos são muito rígidos e resistentes ao impacto, as válvulas podem ser acionadas com suavidade e precisão.

Vantagens pormenorizadas:

• Enorme impulso/torque: Acciona facilmente válvulas muito grandes ou de alta pressão que outros actuadores não conseguem suportar, como se fosse a mão de um gigante a controlar tudo.
• Funcionamento suave: A incompressibilidade do óleo hidráulico garante um movimento suave e sem choques da válvula com um posicionamento preciso.
• Elevada fiabilidade: Desempenho estável em condições adversas, menos afetado por ambientes externos e longa vida útil.
• Alta densidade de potência: Proporciona uma força de saída potente num tamanho compacto.

Limitações:

• Complexidade do sistema: É necessária uma unidade de potência hidráulica separada (com bomba, reservatório, filtros e refrigeradores) e tubagens hidráulicas complicadas, o que torna a instalação e a manutenção mais complexas e dispendiosas.
• Risco de fuga: Os sistemas hidráulicos apresentam um risco potencial de fugas de óleo, que podem conduzir à poluição ambiental ou a riscos de segurança.
• Custo de manutenção: A substituição regular do óleo hidráulico e os custos de manutenção do sistema são mais elevados.
• Consumo de energia: A unidade de potência hidráulica consome energia quando está a funcionar continuamente.

Aplicações típicas: Em grandes condutas de petróleo e gás, comportas de alta pressão, válvulas de turbina em centrais eléctricas e controlo de fluidos em maquinaria pesada.

Quadro resumo de comparação:

Caraterística	Válvula de gaveta de atuação pneumática	Válvula de gaveta com acionamento elétrico	Válvula de gaveta com acionamento hidráulico
Fonte de energia	Ar comprimido	Eletricidade	Óleo hidráulico
Velocidade de resposta	Rápido (em segundos)	Mais lento (segundos a dezenas de segundos)	Moderado (funcionamento suave sob forte impulso)
Precisão do controlo	Moderado (principalmente ligado/desligado, a modulação necessita de um posicionador)	Elevado (controlo preciso da abertura)	Elevado (posicionamento suave e preciso)
À prova de explosão	Excelente (intrinsecamente seguro, sem certificados adicionais)	Requer uma certificação dispendiosa à prova de explosão	Requer uma conceção à prova de explosão (posto de controlo remoto ou componentes especiais)
Complexidade da instalação	Necessita de linhas de fornecimento de ar e equipamento de processamento	Relativamente simples (apenas cabo de alimentação)	Mais complexo (necessita de unidade de potência hidráulica, tubagem, gestão de fluidos)
Custo inicial	Relativamente mais baixo	Médio a elevado	Mais alto
Custo de funcionamento	Energia para produção e tratamento de ar	Inferior (consome energia apenas durante o funcionamento)	Substituição do óleo hidráulico, funcionamento da bomba, manutenção regular
Torque/impulso	Moderado (limitado pela pressão do ar)	Moderado (limitado pela potência do motor)	Enorme (adequado para válvulas de grande diâmetro e alta pressão)
Aplicações	Desligamento de emergência, áreas perigosas, fornecimento de ar disponível, ligar/desligar frequente	Regulação precisa, controlo remoto, sem fornecimento de ar, feedback de dados, integração complexa de automação	Grande diâmetro, alta pressão, serviço pesado, necessita de elevada rigidez e resistência ao impacto

Como é que as Válvulas de Gaveta Actuadas atingem o Controlo Automático?

Atualmente, os sistemas de automação industrial são centros nevrálgicos avançados e as válvulas de gaveta actuadas são as suas peças finais de trabalho. São-lhes dados diferentes sinais de controlo para garantir que abrem, fecham ou regulam corretamente. Estes sinais podem ser do tipo básico on/off ou sinais analógicos mais avançados (como 4-20mA ou 0-10V) para controlar as válvulas em proporção ao sinal. Podem também enviar e receber sinais digitais (Modbus, Profibus, Ethernet/IP) com PLCs de nível superior, DCS ou sistemas SCADA.

A integração perfeita das válvulas de gaveta actuadas com estes sistemas de automação é fundamental para uma produção eficiente. Através dos PLCs/DCS, os operadores podem monitorizar remotamente o estado das válvulas, emitir comandos de operação a partir de uma sala de controlo e até configurar programas de controlo lógicos complexos para interligar ou sequenciar as operações das válvulas. Os sistemas SCADA fornecem uma visão abrangente, visualizando os dados da válvula em toda a linha de produção para uma melhor gestão e tomada de decisões.

Devido à Internet Industrial das Coisas (IIoT), as válvulas de gaveta actuadas são agora mais inteligentes. Podem adicionar sensores que recolhem dados sobre os ciclos da máquina, a posição do curso, a temperatura e a vibração, enviando depois esta informação para a nuvem para análise. Deste modo, é possível efetuar a manutenção preditiva, pelo que as reparações podem ser planeadas antes de qualquer falha da válvula, o que reduz significativamente o tempo de inatividade inesperado e as despesas de reparação. Por exemplo, se a corrente ou o binário de um atuador se alterarem, isso pode significar que a válvula está a bloquear, tal como um eletrocardiograma pode revelar problemas cardíacos a um médico.

Um posicionador é também necessário para um controlo preciso do movimento das válvulas de gaveta acionadas. Este recebe comandos analógicos e utiliza o feedback para controlar o atuador de modo a que a válvula abra no nível correto. Os interruptores de limite, as válvulas solenóides e os filtros são outros acessórios que ajudam a tornar as válvulas de porta acionadas mais precisas, fiáveis e seguras.

Selecionar a sua válvula de cunha actuada ideal para o sistema de automação

Selecionar a válvula de comporta actuada adequada para um sistema de automação não é tão fácil como escolher uma. É mais uma questão de tomar decisões de engenharia exactas, uma vez que cada passo pode afetar o desempenho, a segurança e o custo do sistema.

1. As caraterísticas do meio são primárias: Identificar claramente o fluido que passa pela válvula. Trata-se de água, vapor, ácidos/bases corrosivos, lamas abrasivas ou gases inflamáveis/explosivos? A corrosividade, abrasividade, temperatura, pressão (frequentemente medida em psig), viscosidade e presença de partículas do fluido determinam diretamente a escolha do corpo da válvula e dos materiais de vedação. Por exemplo, a indústria de dessalinização requer materiais altamente resistentes à corrosão, enquanto o processamento de alimentos exige padrões higiénicos rigorosos.
2. Condições de funcionamento e parâmetros de desempenho: A duração e a fiabilidade do funcionamento da válvula dependem da sua pressão/temperatura normal de funcionamento, da pressão/temperatura máxima/mínima e da temperatura ambiente. Em áreas perigosas, a classificação à prova de explosão é sempre necessária.
3. Tamanho e tipo de ligação: Selecione o tamanho adequado da válvula (DN/NPS) e a classificação de pressão (PN/Classe) com base no diâmetro da tubagem e na pressão do sistema. Os tipos de ligação comuns incluem ligações de flange, roscadas e soldadas, que devem ser compatíveis com os sistemas de tubagem existentes.
4. Corpo da válvula e materiais de vedação: A escolha do material do corpo da válvula (por exemplo, ferro fundido, aço carbono, aço inoxidável, ligas especiais) e dos componentes de vedação (vedação macia, vedação dura) é crítica.
5. Seleção do Atuador: Escolha o atuador elétrico, pneumático ou hidráulico mais adequado com base nos seus requisitos de disponibilidade da fonte de energia/ar, frequência de funcionamento, binário necessário, velocidade de resposta e precisão de controlo.
6. Certificações e normas: Verifique se a válvula que escolheu está em conformidade com as normas internacionais e industriais importantes, por exemplo, API, ISO, ASME, CE, RoHS, SIL, FDA, etc. Estas normas garantem que os produtos são seguros e de boa qualidade.
7. Análise custo-benefício: Para além do custo de aquisição inicial, considerar os custos de funcionamento e manutenção a longo prazo, o consumo de energia e a disponibilidade de peças sobresselentes. Isto é como "um cêntimo sábio, um quilo tolo"; concentrar-se apenas no preço inicial pode levar a custos de manutenção elevados no futuro.

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Instalação, manutenção e resolução de problemas

Uma máquina só pode atingir o seu potencial máximo se for instalada corretamente e mantida cuidadosamente. As válvulas de gaveta acionadas também são afectadas por este problema. Se não seguir estes passos, é como conduzir um carro sem nunca o verificar; a longo prazo, acabará por deixar de funcionar.

Instalação e colocação em funcionamento

1. Segurança em primeiro lugar: Antes da instalação, libertar sempre a pressão do fluido da tubagem e certificar-se de que não há resíduos de meios na tubagem. Utilizar o equipamento de proteção individual necessário.
2. Preparação da tubagem: Certifique-se de que as extremidades da tubagem estão alinhadas, limpas e sem detritos ou rebarbas. Para ligações flangeadas, os parafusos devem ser apertados uniformemente num padrão cruzado para evitar tensões irregulares que provoquem fugas.
3. Instalação do atuador: Siga rigorosamente as instruções do fabricante para a instalação do atuador, assegurando uma ligação segura e fiável à haste da válvula. Aplique a impermeabilização e a proteção contra poeiras necessárias.
4. Ligações eléctricas/pneumáticas: Ligue corretamente os cabos de alimentação, os cabos de controlo ou os cabos de alimentação de ar, assegurando que não existem cabos danificados ou juntas com fugas.
5. Colocação em funcionamento e calibração: Este é um passo crítico. Ajustar os interruptores de fim de curso do atuador para assegurar que a válvula pára precisamente nas posições totalmente aberta e totalmente fechada. Para as válvulas modulantes, calibrar o posicionador para responder com precisão aos sinais de controlo, atingindo o caudal desejado ou a regulação da pressão.

Manutenção de rotina

• Inspecções regulares: Verifique periodicamente o exterior da válvula e do atuador quanto a sinais de corrosão, desgaste ou fugas. Verifique se existem ruídos ou vibrações invulgares no atuador.
• Lubrificação: De acordo com as recomendações do fabricante, lubrifique regularmente as peças móveis, como a haste da válvula e as engrenagens do atuador, para reduzir o atrito e prolongar a vida útil.
• Controlos de fixadores: Verificar periodicamente se todos os parafusos e porcas estão soltos e apertá-los imediatamente.
• Limpeza: Mantenha as superfícies da válvula e do atuador limpas, evitando a acumulação de pó e sujidade que possa afetar a dissipação de calor ou corroer os componentes.

Avarias comuns e resolução de problemas

No funcionamento diário das válvulas de gaveta acionadas, podem ocorrer algumas falhas comuns. Compreender as causas e as soluções para estes problemas ajuda a restaurar rapidamente o funcionamento do sistema.

• A válvula não funciona: Esta situação pode ser causada por um corte no fornecimento de energia ou de ar, perda de sinal de controlo, falha do atuador interno ou uma obstrução devido a objectos estranhos ou corrosão. Durante este processo, certificar-se de que a alimentação eléctrica/ar está funcional. Se as linhas de controlo estiverem ligadas, verifique-as. Examine o atuador para verificar se existem danos óbvios e, em seguida, inspeccione a válvula a partir do interior para verificar se existe alguma aderência.
• Fuga da válvula: Os problemas de fugas resultam frequentemente de peças de vedação velhas e gastas, superfícies riscadas e parafusos soltos. Este problema pode ser resolvido substituindo as peças de vedação antigas e esmerilando os danos nas vedações, depois apertando todos os parafusos e confirmando que a pressão da tubagem está normal.
• Funcionamento lento ou incompleto: Estes problemas podem ter origem em pressão de ar insuficiente, tensão de alimentação instável, falha mecânica no atuador (como desgaste) ou fricção excessiva na válvula. Para resolver o problema, verifique se a pressão de ar ou a tensão de alimentação cumprem as especificações, inspeccione o desgaste anormal no interior do atuador e lubrifique adequadamente as peças móveis, como a haste da válvula.
• Atuador com ruído anormal ou sobreaquecimento: Se a máquina estiver a fazer ruídos estranhos ou a ficar demasiado quente, pode ser devido a engrenagens ou rolamentos gastos, lubrificação insuficiente ou o binário da válvula ser superior ao que o atuador pode suportar. Verifique o interior da válvula, adicione ou mude o óleo lubrificante e certifique-se de que a válvula pode ser aberta ou fechada com a potência do atuador.

Conclusão: Válvulas de gaveta acionadas - A pedra angular e a tendência futura da automação industrial

No campo em rápida evolução da automação industrial, as válvulas de gaveta acionadas são necessárias para o manuseamento de fluidos. Por serem eficientes, precisas, fiáveis e seguras, ajudam várias indústrias como a petroquímica, o tratamento de água, o processamento de alimentos, a exploração mineira e a metalurgia a funcionar sem problemas. Graças às válvulas de gaveta acionadas, a produção é mais eficiente, os custos de mão de obra são mais baixos, os riscos são reduzidos e os processos industriais são agora geridos com tecnologia mais avançada.

No futuro, as válvulas de comporta actuadas serão mais inteligentes, mais ecológicas e mais personalizáveis. Graças à IoT, à inteligência artificial e aos grandes volumes de dados, as futuras válvulas serão capazes de detetar problemas, prever quando é necessária manutenção e modificar as suas acções em conformidade. Não se limitarão a ligar e desligar; também comunicarão com todas as partes da fábrica inteligente. Ao mesmo tempo, o impulso para o fabrico ecológico e a conservação de energia levará a indústria de válvulas a utilizar materiais mais seguros e sistemas de acionamento energeticamente eficientes.

A VINCER, uma empresa especializada em válvulas automáticas, esforça-se por oferecer aos clientes os melhores serviços de válvulas de controlo automático e o maior valor. Estamos ansiosos por ajudá-lo a melhorar a automação industrial, para que os seus sistemas de controlo de fluidos funcionem com a precisão de um relógio, assegurando que o seu negócio esteja sempre bem.